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黑洞 · 10^5 - 10^10 M(sun)
Supermassive Black Hole
One sits at the heart of nearly every galaxy, including ours.
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宇宙 · 恒星动物园

恒星、黑洞与星系的类型

这里几乎所有天体都是同一个问题的答案:恒星诞生时有多重?质量决定它燃烧得多热、活多久,以及留下什么——缓慢冷却的余烬、城市大小的中子球,或时空中的一个洞。三十四个天体,从恒星凝结而出的冷云到宇宙中最大的结构,全部以真实交互式 3D 呈现。

这里的黑洞不是示意图。光线在弯曲时空中被逐步积分,因此阴影、光子环、翻折到上方的吸积盘以及背景星场中的爱因斯坦环,都来自物理本身而非贴图。同一个积分器只需替换度规或视界,就能画出自转黑洞、并合双黑洞和虫洞。

恒星摇篮聚变尚未开始

冷气体、暗云,以及新生恒星周围形成的盘。本页后面的一切都从这里开始,包括构成你的原子。

活跃恒星核聚变仍在进行

被引力束缚、由核聚变支撑的等离子体球。它们的一生由诞生时的一个数字决定:质量。

恒星遗迹核聚变已停止

燃料耗尽后剩下的东西——物质被压缩到只剩量子力学在支撑它。

黑洞再无支撑

超过某个质量后,已知的力都无法阻止坍缩。剩下的只有纯粹的几何:时空中的单向面。

弯曲时空没有恒星的几何

广义相对论的解,不需要任何恒星死亡就能产生。其中两种从未被观测到,一种很可能根本无法存在——这正是值得看一眼的理由。

星系与结构这一切所在之处

拉远到足够尺度,单颗恒星就不再重要,剩下的只是它们的排列方式——盘、球、星团,最终汇成宇宙中最大的图案。

一个数字决定一切

恒星的一生

恒星无法选择自己的结局。它从气体云中坍缩成形时所拥有的质量,决定了它燃烧得多热、存在多久,以及将走上以下五条路径中的哪一条。其余的一切——颜色、大小、光度、最终留下什么——都由这一个数字推导而来。

< 0.08 M(sun)
永远点不着氢
0.08 - 0.45 M(sun)
寿命远超宇宙年龄
并排对比
天体质量半径温度寿命
Molecular Cloud10^3 - 10^7 M(sun)15 - 600 light years10 - 20 K~10 - 30 Myr
Emission Nebula10^2 - 10^5 M(sun)1 - 100 light years~10,000 K~1 - 5 Myr
Protoplanetary Disk0.001 - 0.1 M(sun)10 - 1,000 AU20 - 1,500 K~1 - 10 Myr
Main-Sequence Star0.08 - 150 M(sun)0.1 - 15 R(sun)2,400 - 50,000 K10 Myr - 10 Tyr
Red Dwarf0.08 - 0.45 M(sun)0.1 - 0.6 R(sun)2,300 - 3,900 Kup to 10 trillion yr
Red Giant0.3 - 8 M(sun)10 - 1,000 R(sun)3,000 - 5,000 K~1 billion yr in phase
Blue Supergiant10 - 100 M(sun)20 - 200 R(sun)10,000 - 50,000 K3 - 30 million yr
Wolf-Rayet Star10 - 25 M(sun) now1 - 25 R(sun)30,000 - 210,000 Ka few 100,000 yr
Brown Dwarf13 - 80 M(Jupiter)~1 R(Jupiter)250 - 2,500 Kcools forever
Planetary Nebula0.1 - 1 M(sun) shell0.1 - 3 light-yearsCore 30,000 - 200,000 K~20,000 yr
White Dwarf0.17 - 1.4 M(sun)~1 R(Earth)4,000 - 150,000 Kcools for 10^15 yr
Black Dwarf0.17 - 1.4 M(sun)~1 R(Earth)Background coldEffectively forever
Neutron Star1.1 - 2.3 M(sun)~11 km~600,000 K surfacecools for billions of yr
Pulsar~1.4 M(sun)~11 kmBeamed radio to gammaspins down over Myr
Magnetar~1.4 M(sun)~11 kmField 10^14 - 10^15 gaussactive ~10,000 yr
Quark Star1.5 - 2.5 M(sun)~8 - 11 km10^6 - 10^11 KIndefinite
Supernova Remnant1 - 20 M(sun) ejectedgrows to 100+ ly10^6 - 10^7 K shock~100,000 yr
Stellar-Mass Black Hole3 - 150 M(sun)9 - 450 km horizonDisk 10^7 K10^67 yr to evaporate
Spinning Black HoleAnyHorizon shrinks with spinDisc to 10^7 KSpin decays over Gyr
Binary Black Hole2 x (5 - 100) M(sun)Separation shrinks to zeroDisc to 10^6 KMyr to Gyr, then seconds
Intermediate-Mass Black Hole100 - 100,000 M(sun)300 km - 300,000 kmDisk 10^6 Kgigayears
Supermassive Black Hole10^5 - 10^10 M(sun)up to 1,300 AU horizonDisk 10^5 - 10^6 K10^100 yr to evaporate
Quasar10^8 - 10^10 M(sun)disk ~ light-daysDisk up to 10^5 K~10 - 100 Myr active
Blazar10^8 - 10^10 M(sun)Jet up to MpcGamma-ray dominatedFlares in hours
Primordial Black Hole10^-8 - 10^5 M(sun)atom to kilometresHawking glowset by mass
WormholeNegative (exotic)Throat radius, free parameterNoneUnstable without exotic matter
White HoleAnySame as a black holeSurface emission, unboundedViolently unstable
Boson StarSet by particle massCompact, no surfaceNoneStable if below critical mass
Globular Cluster10^4 - 10^6 M(sun)30 - 300 light yearsStars 3,000 - 8,000 K> 12 Gyr
Irregular Galaxy10^8 - 10^10 M(sun)3,000 - 30,000 lyStars 3,000 - 40,000 K> 10 Gyr
Spiral Galaxy10^10 - 10^12 M(sun)15,000 - 150,000 lyStars 3,000 - 40,000 K> 10 Gyr
Barred Spiral Galaxy10^10 - 10^12 M(sun)15,000 - 150,000 lyStars 3,000 - 40,000 K> 10 Gyr
Elliptical Galaxy10^8 - 10^13 M(sun)3,000 - 700,000 lyStars 3,000 - 6,000 K> 10 Gyr
Cosmic Web~10^53 kg observableFilaments 10^8 lyVoids near 0 KAge of the universe
常见问题

恒星有哪些类型?

恒星按温度分为 O、B、A、F、G、K、M 光谱序列,按体积分为矮星、巨星和超巨星。实际常用的分类是红矮星、类太阳主序星、红巨星、蓝超巨星,以及始终未能点燃氢聚变的次恒星级褐矮星。

黑洞有哪些类型?

按质量可分为四类:由恒星坍缩形成的恒星级黑洞(3 至 150 倍太阳质量);中等质量黑洞(100 至 10 万倍太阳质量);位于星系中心的超大质量黑洞;以及假说中在宇宙大爆炸后第一秒内形成的原初黑洞。

中子星和黑洞有什么区别?

两者都是坍缩的恒星核心,但中子星仍有表面:中子简并压和强相互作用将其支撑在约 22 公里的直径上。一旦超过约 2.3 倍太阳质量,就没有任何力量能抵抗引力,坍缩越过事件视界,形成黑洞。

恒星死亡时会发生什么?

取决于质量。约 8 倍太阳质量以下的恒星会膨胀成红巨星,抛掉外层,留下一颗白矮星。更重的恒星会以超新星形式爆发,留下中子星;若坍缩核心超过约 2.3 倍太阳质量,则留下黑洞。

这些 3D 模型在物理上准确吗?

它们由物理计算生成,而非美术绘制。黑洞场景在史瓦西时空中对光线路径进行积分,因此阴影、光子环、被引力透镜扭曲的吸积盘、相对论性多普勒增亮和爱因斯坦环都是算出来的。恒星使用与温度对应的颜色、临边昏暗和对流米粒组织。尺寸为便于观看而取景,并非等比例。

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